## ANALISA KINERJA REFRIGERASI WATER CHILLER PADA PT GMF AEROASIA

## Ali Nugroho
Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana,  Jakarta E-mail: nugrohoali45@yahoo.com
Abstrak -  Pengkondisian  udara  merupakan  salah  satu  hal  yang  paling  penting  dalam  suatu  industri atau gedung, khusunya pada suatu gedung perkantoran. Karena dengan sistem pengkondisian udara yang baik akan menghasilkan uadara segar yang akan memperoleh kenyamanan bagi manusia, mesin, maupun  lingkungan  yang  berada  disekitar.  Karena  dengan  tingkat  kenyamanan  yang  baik  akan meningkatkan  kinerja  dari  mesin  yang  digunakan.  Ketidak  sesuaian  pola  pengoperasian  sistem refrigerai pada saat perancangan dengan keadaan aktual merupakan salah satu penyebab tingginya konsumsi energi listrik, oleh karena itu perlu dilakukan analisa performansi pada sistem refrigerasi di sana agar  dapat  diketahui  apakah  energi  yang digunakan sudah  efisien. Untuk  menganalisia  kinerja mesin  water  chiller  ini  dilakukan  dengan  pengamatan  langsung  terhadap  panel  control  water  chiller selama  empat  jam  sekali  secara  continue  selama  lima  hari.  Dan  dilakukan  perhitungan  dari  data tersebut  untuk  mengetahui  nilai  effisiensinya  yaitu:  COP,  laju  aliran  refrigerant,  kalor  yang  diserap evaporator dan kondensor, kerja yang dilakukan kompresor, daya yang dibutuhkan kompresor, dan laju aliran volume air cooling water. Kinerja chiller yang baik mempunyai efisiensi yang dapat dipengaruhi antara  lain  oleh:  temperatur  air  keluar  evaporator,  dan  temperaturr  air  masuk  kondensor.  Hasil penelitian hari sabtu diperoleh nilai COP = 8,04, P ref = 0,44 kW/TR, TR = 112,961 TR, dan laju massa refrigerant  evaporator =  2,415 kg/s,  kerja  yang  dilakukan  kompresor =  49,395kW,  laju  aliran  volume cooling  tower  =  94,613  m 3 /jam,  dan  laju  aliran  volume  make-up  water  =  0,567  m 3 /jam.  Maka  di simpulkan semakin rendah temperatur refrigerant di kondensor maka akan semakin bagus juga nilai COP  yang  dihasilkan(KW/TR  semakin  rendah),  karena  kerja  kompresor  yang  dibutuhkan  akan  lebih rendah.
Kata kunci : beban pendinginan, unjuk kerja, COP, water chiller.
1.  PENDAHULUAN Efisiensi konsumsi Untuk
menghemat penggunaan  energy  terutama  pada  sitem  tata udara, perlu adanya penghitungan efisiensi energi pada  sistem  refrigerasi.  ” PT  GMF  AEROASIA ” merupakan salah satu gedung yang menggunakan sebagian besar energi listrik untuk menjalankan sistem refrigerasi sehingga diperlukan suatu analisa energi untuk mengetahui tingkat efektifitas dan energinya. Dengan melakukan  analisa  energi  pada  ”Water  Chiller” yang  digunakan  dalam  sistem  refrigerasi  pada gedung tersebut, dapat diketahui sumber pemborosan energi yang mungkin terjadi.
Efisiensi  energi  pada  sistem  refrigerasi, sebelumnya telah dibahas oleh beberapa peneliti. Menurut  Retno  Hamidah  (2010),  melakukan penelitian  pada  Bandar  Udara  Internasional Juanda  Surabaya  dengan  melakukan  audit  dan konservasi  pada  system    tata  udara  dan  sistem refrigerasi. Dari pembahasan Rianto (2007), dapat disimpulkan  bahwa  sistem  refrigerasi  pada bangunan besar memang membutuhkan efisiensi energi.  Pengoprasian  pengkondisian  udara  yang benar (sesuai dengan spesifikasinya), perawatan yang  teratur,  perhitungan  yang  benar  pada cooling  load  dapat  menentukan  spesifikasi pengkondisian  udara  yang  akan  digunakan sehingga  merupakan  salah  satu  cara  untuk
melakukan  efisiensi  energi.  Pemakaian  energi yang  semakin  efisien  akan  mendukung  upaya pemerintah  untuk  melakukan  penghematan energi.  Oleh  karena  itu,  penulis  tertarik  untuk memperdalam  dan  mengetahui  efisiensi  Chiller tipe  water  cooler yang  digunakan  pada  PT  GMF AEROASIA  agar  dapat  dilakukan  penghematan energy secara efisien tanpa mengurangi kenyamanan.  Permasalahan  yang  akan  dibahas diantaranya:
1.  Apakah efisiensi aktual mesin refrigerasi pada PT  GMF  AEROASIA  sama  dengan  efisiensi desainya.
2.  Bagaimanakah perbedaan COP chiller sebelum  maupun  sesudah  dilakukannya maintenance.
Effisiensi  energi  merupakan  lingkup  yang sangat  luas  untuk  diteliti,  beberapa  batasan- batasan yang meliputi:
1.  Pengukuran  dan  penganalisaan  data  yang dilakukan  adalah  pada  Sistem  Refrigerasi saja  (mesin  chiller,  Pompa  distribusi  dan pompa sirkulasi).
2.  Sistem Refrigerasi yang diukur dan diananalisa  hanya  pada water  chiller yang berjenis centrifugal  chiller  hitachi type  HC- FS20EC40M201G.
3.  Pompa  dianggap  bekerja  sesuai  dengan rancangannya  sehingga  data  yang  diambil hanya data idealnya saja.
4.  Data yang digunakan berdasarkan pengambilan  data  selama  5  hari  untuk  satu mesin chiller.
Tujuan  penelitian  tugas  akhir  ini  adalah melakukan perhitungan pada kinerja mesin pada sistem  refrigerasi water  chiller yang  berjenis centrifugal chiller Hitachi type HC- FS20EC40M201G pada PT GMF AEROASIA dan mengetahui  perbedaan  COP  chiller  sebelum sampai sesudah dilakukannya maintenance.
Berikut ini diagram alir yang menggambarkan kegiatan penelitian yang dilakukan untuk mengetahui performance chiller berpendingin air.
Pengumpulan  data:
- pengambilan  data secara berkala setiap 1 jam pada control chiller Mulai Diperoleh hasil dari grafik, Pengambilan  kesimpulan  dan saran Hasil perhitungan dibandingkan  Desain Selesai Analisa: - COP - Daya refrigrasi - Laju aliran massa refrigeran - kerja yang  dilakukan  kompresor - Daya yang  dibutuhkan  kompresor - Laju aliran cooling tower Ya Tidak

## 2.  METODOLOGI PENELITIAN
Dari  penelitian  yang  dilakukan,  ada  sumber- sumber  data  yang  diperoleh  dan  dibawah  ini adalah  data  yang  diperoleh  dari  spesifikasi  PT GMF AEROASIA, yaitu:
1.  Data Gedung
- Jenis bangunan : Perkantoran umum
- Lokasi : PT GMF AEROASIA - Bahan dinding : Building Board - Jam operasi   : 24 jam
- Luas bangunan : Tabel 1 luas dan beban gedung
Tabel 2 Schedule water cooled chiller
Luas (M2) Office Terpasang 1 Hanggar 1 1110 55,5 100 2 Hanggar 2 5450 272,5 320 3 Hanggar 3 3300 165 270 4 General Store 12960 648 595 5 WS 2 11664 583,2 520 6 WS 1 486 24,3 25 7 GSE 1344 67,2 65 8 Utility 1215 60,75 75 Jumlah 37529 1876,45 1970 Data Beban Pendinginan Gedung Hanggar 1, Hanggar 2 & Hanggar 3 No. Lokasi Beban (TR)
Remark
Tabel 3 Schedule cooling tower CH1 CH2 Type CounterFlow CounterFlow CW in (ᵒCDB) 35 35 CW out (ᵒCDB) 30 30 Ambient Wbtempa (ᵒCDB) 28 28 Flowrate (L/S) 45,5 45,5 Max. Driff Loses (%) 0,0002 0,0002 Motor KW/Phase Jumlah Fan 1 1 Max. RPM 1440 1440 Type TEFC TEFC Volt/Phase 380/3 380/3 Enclosure Rating P56 P56 Konstruksi UPVC UPVC Basin FRP FRP Fan Blade Aluminium Aluminium Jumlah Cell 1 1 SCHEDULE COOLING TOWER
Teknikal Data Fan Motor Spesifikasi

## Hasil Pengamatan
Dari  pengamatan  yang  dilakukan  setiap  pukul 10.00 s/d 13.00WIB dari tanggal 1 s/d 5 November 2014  pengamatan  tersebut  didapati  data  pada panel control chiller, sebagai berikut:
Tabel 4 Data pengukuran Tanggal 1November 2014 ITEM UNIT 10.00 11.00 12.00 13.00 1 Leaving water temp. ᵒF 44,6 45 45.3 45.4 2 Return water temp. ᵒF 49,82 51.7 54.2 54.4 3 Small temp. diffr. ᵒF 0.7 0.6 0.9 0.9 4 Pressure Psig 38.4 37.9 38.1 37.6 5 Saturation ᵒF 43.7 43.3 43.4 42.9 6 Refrigerant temp. ᵒF 87.5 88.5 88.3 89.9 7 Water pressure in kgf/cm² 0,8 0,8 0,76 0,78 8 Water pressure out kgf/cm² 0,11 0,11 0,11 0,13 9 Delta P kgf/cm² 0,69 0,69 0,65 0,65 10 Return water temp. ᵒF 84,2 84.5 85.1 86.5 11 Leaving water temp. ᵒF 91,4 94.2 94.9 96.0 12 Saturation ᵒF 96.3 96.5 96.8 98.7 13 Small temp. diffr. ᵒF 2.9 2.4 2.6 2.4 14 Pressure Psig 117.5 117.5 118.2 121.7 15 Water pressure in kgf/cm² 0,69 0,71 0,73 0,73 16 Water pressure out kgf/cm² 0,29 0,29 0,29 0,29 17 Delta P kgf/cm² 0,4 0,42 0,44 0,44 18 Discharge temp. ᵒF 114.3 115.0 114.2 117.0 19 Discharge super heat ᵒF 17.3 18.2 18,2 18.0 20 Slide valve position % A A A A 21 Oil pressure Psig 119.0 116.8 119.4 121.7 22 Diff. oil pressure Psid 81.7 78.4 81.9 84.0 23 Filter pressure 24 Diff. filter pressure Psid 3.4 3.4 4.0 3.9 25 Oil temperature ᵒF 26 Delta P Psid
27 Full Load Ampere % 88 86 95 97 MOTOR SCREEN LOGSHEET CHILLER PT GMF AEROASIA NO DESCRIPTION EVAPORATOR SCREEN 01/11/2014 CONDENSER SCREEN COMPRESSOR SCREEN OIL SUMP SCREEN

## 3.  ANALISIS DATA
Dari pengambilan data didapat data-data sebagai berikut: (Sabtu, 01/11/2014)
 Tekanan  evaporator:  Pevap  =  38,4  Psig    = 38,4+14,7 =  53,1 Psia
 Laju aliaran evaporator  desain :  Qevap = 36 l/s  = 570,61 GPM
 Penurunan Tek. Evaporator desain : Pdesain = 80 kPa  = 26,76 ft
 Penurunan Tek. Evaporator aktual : Paktual = 0,69 kgf/cm2  = 22,63 ft
 Temperatur evaporator  : Tevap = 279,65 °K
 Temperatur in. Evaporator : Tin = 283,05 °K
 Temperatur  out.  Evaporator  :  Tout  =  280,15 °K
 Tekanan kondensor : Pcond = 117,5 Psig    = 117,5+14,7 = 132,2 Psia
 Laju aliran kondensor desain : Qcond = 45,5 l/s = 721,189 GPM
 Penurunan Tek. Kondensor desain : Pdesain = 75 kPa = 25,091 ft
 Penurunan Tek. Kondensor aktual : Paktual = 0,4 kgf/cm2 = 13,12 ft
 Temperatur kondensor : Tcond = 308,87 °K
 Temperatur in. kondensor : Tin =  306,15 °K
 Temperatur out. Kondensor : Tout = 302,15 °K
Berdasarkan  diagram  tekanan-entalphi  (P-H
Diagram) Referigerant HFC-134a (R134a) diperoleh data sebagai berikut:
 Enthalpi uap jenuh Tevap : h1   =
412,05
kJ/kg
 Enthalpi uap jenuh Tcond : h2   = 432,503
kJ/kg
 Enthalpi cair jenuh Tcond : h3   =
247,574
kJ/kg
Maka dari data diatas didapat besarnya nilai:
1.  Coefficient  of  performance  (COP)  atau koefisiensi prestasi siklus keseluruhan adalah:
cop = efek refrigrasi daya kompresor = h − h h − h = (412,05   − 247,574)kJ/kg
(432,503 − 412,05)kJ/kg
= 164,476
20,453 = 8,041
2.  Daya refrigerasi siklusnya adalah:
P = 3,516 COP = 3,516 8,041 = 0.437 kW/TR
3.  Laju  aliran  massa  refrigerant  untuk  setiap  1 ton refrigerasi adalah:
Q = k x  PD
Dimana Q = laju aliran desain (GPM) PD = penurunan tekanan (ft)
k      = konstanta Untuk evaporator :
k = Q PD = 570,61 √26,764 = 110,305 Q = k x  PD = 47,45 x  22,63
=  523,37 GPM
Kalor yang dilepas air pada evaporator :

## GPM = TR x 24
∆T TR = GPM x ∆T
24 = 523,37 x 5,2 24
= 49,095 TR
= 49,095 TR x 3,516
= 112,96 kW
Dengan  mengasumsikan  kalor  yang  dilepas  air pada  evaporator  sama  dengan  kalor  yang diberikan  refrigerant  maka  laju  aliran  massa refrigerant adalah :
Q . = Q .
397,27  = mr x (h − h )
mr = 397,297  kJ/s (412,05 − 247,574)kJ/kg = 2,415 kg/s Untuk kondensor : k = Q PD = 721.189 25,0914 = 143,97 Q = k x  PD
= 143,97 x  13,12
=  521,57 GPM
Kalor yang dilepas air pada kondensor:
GPM = Qcond x 30 ∆T Qcond = GPM x ∆T
30 = 521,57 x 7,2 30
= 125,155TR x 3,516
= 440,22 kW
≈ kJ/s
Dengan mengasumsikan kalor yang dilepas pada kondensor  sama  dengan  kalor  yang  diserap refrigerant  maka  laju  aliran  massa  refrigerant adalah:
Q
. = Q .
440,22   = mr x (h − h )
mr = 440,047 kJ/s (432,503 − 247,574)kJ/kg = 2,385 kg/s 4.  Kerja  yang  dilakukan  kompresor  dengan proses kompresi isentropik:
5.
W . =   h − h =   (432,503 − 412,05)kJ/kg =  20,451 kJ/kg
6.  Daya yang dibutuhkan kompresor untuk siklus refrigerasi :
P . = mr x (h − h )
= 2,385 kg/s  x  20,451 kJ/kg = 48,77 kJ/s
7.  Laju  aliran  volume  air  pengkondensasi (condensing/cooling water) :

## V
= Q .
1(kkal/lt°C) x ∆T
; dimana 1kW = 859,68kkal/jam
= 440.22 x 859,68kkal/jam
1(kkal/lt°C) x (33 − 29)°C
= 94612,082 liter
/jam ; dimana 1 liter
= 10 m3
= 94,612 m /jam
8.  Laju  aliran  volume  air  penambah  untuk cooling tower (make-up water).
Jika di asumsikan pada sistem terjadi losses water pada  sirkulasi  air  di  unit  cooling  tower  yang dikarenakan losses
akibat penguapan
(evaporation)  sebesar  1%,  arus  lepas  air  (drift) sebesar  0,2%  dan  akibat  kebocoran  (bleed  off) sebesar  0,3%  untuk  tiap  selisih  temperatur  inlet dan  outlet  cooling  water  sebesar  10⁰C  maka sistem membutuhkan air penambah untuk cooling tower (make up water). Jika diketahui
∆
= (33 − 29)° = 4°
dan  apabila  dianggap  perbedaan  temperatur tersebut  nilainya  sebanding  dengan  besarnya losses yang terjadi maka total losses water pada sistem adalah:
loses = 4°C 10°C x (lossesevaporator + losses drift
+ losses bleedoff) = 0,4   (1% + 0,2% + 0,3%) = 0,6%
Maka  laju  aliran  penambah  untuk  cooling  tower (make-up water) adalah:
V
= losses total x V
= 0,006 x 94,612 m /jam = 0,5677 /
P r e s su r e ( B a r ) Enthalpi 0,6767 (h2) 434,503 (h1) 412,05 (h3 / h4 ) 247,57 2,7900 3,4667 1,3534
Gambar 1 Diagram p-h hari sabtu jam 10.00
Gambar 2. Grafik Condenser Q Desain vs Q Actual before after
24-1-2015 Gambar 3. Grafik Evaporator Q Desain vs Q Actual before after 24/1/2015 0 200 400 600 800 10.00 11.00 12.00 13.00 GP M Condenser Q Desain vs Q Actual before after DESAIN Sabtu after 460 480 500 520 540 560 580 10.00 11.00 12.00 13.00
G PM Evaporator Q Desain vs Q Actual before after DESAIN Sabtu after
Gambar 4. Grafik COP before after maintenance 24/1/2015

## 3.  KESIMPULAN
Dari  hasil  perhitungan  dan  analisa  dapat  ditarik sejumlah kesimpulan sebagai berikut:
1.  Semakin  tinggi  temperatur  refrigerant  di evaporator  maka  akan  semakin  bagus  juga nilai  COP  yang  dihasilkan,  karena  efek refrigerasi  yang  dihasilkan  lebih  besar, sementara kerja kompresor  yang dibutuhkan lebih rendah.
2.  Semakin  rendah  temperatur  refrigerant  di kondensor  maka  akan  semakin  bagus  juga nilai  COP  yang  dihasilkan,  karena  kerja kompresor  yang  dibutuhkan  akan  lebih rendah.
3.  Apabila  temperatur  air  masuk  kondensor semakin rendah (temperatur air yang disuplai oleh  cooling  tower)  maka  effisiensi  (COP) akan  semakin  tinggi  (KW/TR  semakin rendah). Hal ini disebabkan oleh condensing temperatur yang semakin rendah.
4.  Jika  temperatur  air  keluar  evaporator  lebih tinggi  maka  effisiensi  (COP)  akan  semakin tinggi  (KW/TR  semakin  rendah).  Hal  ini disebabkan oleh evaporating temperatur yang makin tinggi.
5.  Apabila  laju  aliran  air  di  kondensor  semakin tinggi  maka  effisiensi  (COP)  akan  semakin tinggi (KW/TR semakin rendah).
6.  Perbandingan  COP  antara  sebelum  maupun sesudah  maintenance  dapat  dilihat  dari performance,  hanya  saja  tidak  signifikan perubahan yang didapatkan.

## 4.  DAFTAR PUSTAKA
1.  Agus,  R.  (2007). Audit  Energi  dan  Analisis Peluang  Penghematan  Konsumsi  Energi pada  Sistem  Pengkondisian  Udara  di  Hotel Santika  Premiere  Semarang. Semarang:
Universitas Negeri semarang.
2.  ASHRAE. (I997-2000). Fundamentals Handbook. ASHRAE Inc. 3.  Effendy, Marwan. (2005).
Pengaruh Kecepatan Putar Poros Kompresor Terhadap Prestasi Kerja Mesin Pendingin AC . Kartosuro: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4.  Hamidah,Retno(2010). Efisiensi  Energi  pada Sistem Refrigerasi Studi Kasus Bandar Udara Internasional  Juanda  Surabaya .  Surabaya:
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
5.  Margoyungan,  Mahdi.  (2008).  Perencanaan Unit Mesin  Pendingin  Untuk  Kebutuhan Pengkondisian  Udara  Kantor  ADPEL  di Medan. Medan: Universitas Sumatra Utara. 6.  Moran,  M.J  and  Shapiro,  H.N.  (1996).
Fundamental of Engineering
Thermodynamics  Third  Edition. New  York:
John Willey and Sons inc.
7.  Stoecker,  Wilbert.  F.  (1989). Refrigerasi  dan Pengkondisian Udara. Jakarta: Erlangga.
10.0 0 11.0 0 12.0 0 13.0 0 Before 8.04 8.20 8.24 8.23 After 8.26 8.32 8.32 8.51
desain 10.26 10.26 10.26 10.26
6.00 6.50 7.00 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00 10.50 COP BEFORE VS AFTER MAINTENANCE